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浏览器系列之分析 304 状态码过程，图解 HTTP 强缓存和协商缓存

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本系列的主题是浏览器，每期讲解一个技术要点。如果你还不了解各系列内容，文末点击查看全部文章，点我跳转到文末。

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分析 304 状态码过程，图解 HTTP 强缓存和协商缓存

什么是缓存

缓存：保存资源副本并在下次请求时直接使用该副本。

HTTP 缓存分为 2 种，一种是强缓存，另一种是协商缓存。

为什么需要缓存？

缓存的主要作用是可以加快资源获取速度，提升用户体验，减少网络传输，缓解服务端的压力。。

强缓存

强缓存就是不需要发送请求到服务端，直接读取浏览器本地缓存，在 Chrome 的 Network 中显示的 HTTP 状态码是 200 。

在 Chrome 中，强缓存又分为 Disk Cache (存放在硬盘中)和 Memory Cache (存放在内存中)，存放的位置是由浏览器控制的。是否强缓存由 Expires、Cache-Control 和 Pragma 3 个 Header 属性共同来控制。

Expires

Expires 的值是一个 HTTP 日期，在浏览器发起请求时，会根据系统时间和 Expires 的值进行比较，如果系统时间超过了 Expires 的值，缓存失效。由于和系统时间进行比较，所以当系统时间和服务器时间不一致的时候，会有缓存有效期不准的问题。Expires 的优先级在三个 Header 属性中是最低的。

Cache-Control

Cache-Control 是 HTTP/1.1 中新增的属性，在请求头和响应头中都可以使用，常用的属性值如有：

  • max-age：单位是秒，缓存时间计算的方式是距离发起的时间的秒数，超过间隔的秒数缓存失效
  • no-cache：不使用强缓存，需要与服务器验证缓存是否新鲜
  • no-store：禁止使用缓存（包括协商缓存），每次都向服务器请求最新的资源
  • private：专用于个人的缓存，中间代理、CDN 等不能缓存此响应
  • public：响应可以被中间代理、CDN 等缓存
  • must-revalidate：在缓存过期前可以使用，过期后必须向服务器验证

Pragma

Pragma 只有一个属性值，就是 no-cache ，效果和 Cache-Control 中的 no-cache 一致，不使用强缓存，需要与服务器验证缓存是否新鲜，在 3 个头部属性中的优先级最高。

本地通过 express 起一个服务来验证强缓存的 3 个属性，代码如下：

const express = require('express');
const app = express();
var options = { 
  etag: false, // 禁用协商缓存
  lastModified: false, // 禁用协商缓存
  setHeaders: (res, path, stat) => {
    res.set('Cache-Control', 'max-age=10'); // 强缓存超时时间为10秒
  },
};
app.use(express.static((__dirname + '/public'), options));
app.listen(3000);

第一次加载，页面会向服务器请求数据，并在 Response Header 中添加 Cache-Control ，过期时间为 10 秒。

在这里插入图片描述

第二次加载，Date 头属性未更新，可以看到浏览器直接使用了强缓存，实际没有发送请求。

在这里插入图片描述

过了 10 秒的超时时间之后，再次请求资源：

在这里插入图片描述

当 Pragma 和 Cache-Control 同时存在的时候，Pragma 的优先级高于 Cache-Control。

在这里插入图片描述

协商缓存

协商缓存是一种服务端的缓存策略，即通过服务端来判断某件请求是否可以命中缓存。

服务端判断客户端的资源，是否和服务端资源一样，如果一致则返回 304 ，反之返回 200 和最新的资源。

当浏览器的强缓存失效的时候或者请求头中设置了不走强缓存，并且在请求头中设置了If-Modified-Since 或者 If-None-Match 的时候，会将这两个属性值到服务端去验证是否命中协商缓存，如果命中了协商缓存，会返回 304 状态，加载浏览器缓存，并且响应头会设置 Last-Modified 或者 ETag 属性。

ETag/If-None-Match

ETag / If-None-Match 的值是一串 hash 码，代表的是一个资源的标识符，当服务端的文件变化的时候，它的 hash码会随之改变，通过请求头中的 If-None-Match 和当前文件的 hash 值进行比较，如果相等则表示命中协商缓存。ETag 又有强弱校验之分，如果 hash 码是以 "W/" 开头的一串字符串，说明此时协商缓存的校验是弱校验的，只有服务器上的文件差异（根据 ETag 计算方式来决定）达到能够触发 hash 值后缀变化的时候，才会真正地请求资源，否则返回 304 并加载浏览器缓存。

Last-Modified/If-Modified-Since

Last-Modified / If-Modified-Since 的值代表的是文件的最后修改时间，第一次请求服务端会把资源的最后修改时间放到 Last-Modified 响应头中，第二次发起请求的时候，请求头会带上上一次响应头中的 Last-Modified 的时间，并放到 If-Modified-Since 请求头属性中，服务端根据文件最后一次修改时间和 If-Modified-Since 的值进行比较，如果相等，返回 304 ，并加载浏览器缓存。

本地通过 express 起一个服务来验证协商缓存，代码如下：

const express = require('express');
const app = express();
var options = { 
  etag: true, // 开启协商缓存
  lastModified: true, // 开启协商缓存
  setHeaders: (res, path, stat) => {
    res.set({
      'Cache-Control': 'max-age=00', // 浏览器不走强缓存
      'Pragma': 'no-cache', // 浏览器不走强缓存
    });
  },
};
app.use(express.static((__dirname + '/public'), options));
app.listen(3001);

第一次请求资源:

在这里插入图片描述

第二次请求资源，服务端根据请求头中的 If-Modified-Since 和 If-None-Match 验证文件是否修改。

在这里插入图片描述

ETag / If-None-Match 的出现主要解决了 Last-Modified / If-Modified-Since 所解决不了的问题

  • 当响应头部 Response Headers 同时存在 Last-Modified 和 Etag 的值时，会优先使用 Etag ；
  • Last-Modified 只能精确到秒级；
  • 如果资源被重复生成，而内容不变，则 Etag 更精确

即：

  • 如果文件的修改频率在秒级以下，Last-Modified / If-Modified-Since 会错误地返回 304
  • 如果文件被修改了，但是内容没有任何变化的时候，Last-Modified / If-Modified-Since 会错误地返回200 并返回资源

如果看完前面的文章后对HTTP 强缓存和协商缓存 还不是特别理解，可以继续看下面的文章，或许能帮到你；

如果前面的文章已经帮你理解了 HTTP 强缓存和协商缓存，则可以略过下面的文章。

强缓存

先看第一个图：

在这里插入图片描述

从上图可以看到，当初次请求时，浏览器会向服务器发起请求，服务器接收到浏览器的请求后，返回资源并返回一个 Cache-Control 给客户端，该 Cache-Control 一般设置缓存的最大过期时间。

接下来看第二个图：

在这里插入图片描述

从上图中可以看到，此时浏览器已经接收到 cache-control 的值，那么这个时候浏览器再次发送请求时，它会先检查它的 cache-control 是否过期，如果没有过期则直接从本地缓存中拉取资源，返回到客户端，而无需再经过服务器。

接下来看第三个图：

在这里插入图片描述

强制缓存有过期时间，那么就意味着总有一天缓存会失效。那么假设某一天，客户端的 cache-control 失效了，那么它就没办法从本地缓存中拉取资源。于是它会像第一张图一样，重新向服务器发起请求，之后服务器会再次返回资源和 cache-control 的值。
以上就是强制缓存的全过程。

协商缓存

先来看第一张图：

在这里插入图片描述

在上图中，表明了协商缓存的全过程。首先，如果客户端是第一次向服务器发出请求，则服务器返回资源和相对应的资源标识给浏览器。该资源标识就是对当前所返回资源的一种唯一标识，可以是Etag或者是Last-Modified，这两个字段将在图例结束后展开讲解。

之后如果浏览器再次发送请求时，浏览器就会带上这个资源标识。此时，服务端就会通过这个资源标识，可以判断出浏览器的资源跟服务端此时的资源是否一致，如果一致，则返回304，即表示Not Found 资源未修改。如果判断结果为不一致，则返回200，并返回资源以及新的资源标识。至此就结束了协商缓存的过程。

接下来看第二张图:

在这里插入图片描述

假设此时我们的协商缓存用 Last-Modified 来判断。当浏览器第一次发送请求时，服务器返回资源并返回一个 Last-Modified 的值给浏览器。这个 Last-Modified 的值给到浏览器之后，浏览器会通过 If-Modified-Since 的字段来保存 Last-Modified 的值，且 If-Modified-Since 保存在请求头当中。

之后当浏览器再次发送请求时，请求头会带着 If-Modified-Since 的值去找服务器，服务器此刻就会匹配浏览器发过来的 If-Modified-Since 是否和自己最后一次修改的 Last-Modified 的值相等。如果相等，则返回 304 ，表示资源未被修改；如果不相等，则返回200，并返回资源和新的 Last-Modified 的值。

接下来看第三张图:

在这里插入图片描述

假设此时我们的协商缓存用 Etag 来判断。当浏览器第一次发送请求时，服务器返回资源并返回一个 Etag 的值给浏览器。这个 Etag 的值给到浏览器之后，浏览器会通过 If-None-Match 的字段来保存 Etag 的值，且 If-None-Match 保存在请求头当中。

之后当浏览器再次发送请求时，请求头会带着 If-None-Match 的值去找服务器，服务器此刻就会匹配浏览器发过来的 If-None-Match 是否和自己最后一次修改的 Etag 的值相等。如果相等，则返回 304 ，表示资源未被修改；如果不相等，则返回 200 ，并返回资源和新的 Etag 的值。

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